裝配整體式結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接技術(shù)

劉巧杰

(灤縣中信建設(shè)工程材料檢驗(yàn)有限公司，河北唐山 063700)

0 引言

裝配整體式結(jié)構(gòu)(NPC結(jié)構(gòu))是一種新型的半裝配式混凝土結(jié)構(gòu)，即將主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件在工廠進(jìn)行預(yù)制，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝的結(jié)構(gòu)形式。其連接節(jié)點(diǎn)性能的好壞直接影響結(jié)構(gòu)整體性能和穩(wěn)定性能，目前常用的鋼筋節(jié)點(diǎn)連接形式有漿錨連接、機(jī)械連接、焊接連接等，通過后澆混凝土使預(yù)制構(gòu)件形成整體結(jié)構(gòu)，并達(dá)到或略低于現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的抗震和設(shè)計(jì)要求［1］。裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)作為一個(gè)具有工業(yè)化程度高、施工周期短、經(jīng)濟(jì)效益好、環(huán)境效益好等優(yōu)勢(shì)明顯的建筑形式，是未來建筑工業(yè)化發(fā)展的必經(jīng)之路。

1 裝配整體式結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接技術(shù)及理論研究

預(yù)制裝配整體式混凝土住宅結(jié)構(gòu)體系中存在各種形式的節(jié)點(diǎn)，主要包括:柱與柱的連接節(jié)點(diǎn)、梁與梁的連接節(jié)點(diǎn)、梁柱節(jié)點(diǎn)等。其中梁柱節(jié)點(diǎn)又分為端節(jié)點(diǎn)和中節(jié)點(diǎn)。

1．1 梁柱節(jié)點(diǎn)連接技術(shù)及理論研究

匡珍［2］設(shè)計(jì)了3個(gè)裝配式隔震節(jié)點(diǎn)試件和一個(gè)現(xiàn)澆混凝土對(duì)比試件，在3個(gè)裝配式隔震節(jié)點(diǎn)試件中提出兩種適用于裝配式隔震層的新型梁柱節(jié)點(diǎn)的裝配方案(見圖1)，通過試驗(yàn)分析其破壞形式和抗震性能。加載方式為低周反復(fù)加載，試驗(yàn)結(jié)果表明:裝配式試件的耗能能力與普通現(xiàn)澆試件相比稍差，而鋼筋的屈服順序均為:梁縱筋—梁箍筋—柱主筋，這說明了節(jié)點(diǎn)符合“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎”的設(shè)計(jì)要求。

圖1 新型梁柱節(jié)點(diǎn)裝配方案

李忠獻(xiàn)等［3］設(shè)計(jì)制作了4個(gè)裝配整體式型鋼混凝土框架節(jié)點(diǎn)試件，試件分為2組，第一組為中節(jié)點(diǎn)試件，試件設(shè)計(jì)原則為“強(qiáng)構(gòu)件，弱節(jié)點(diǎn)”;第二組為邊節(jié)點(diǎn)試件，試件設(shè)計(jì)原則為“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，弱構(gòu)件”。試驗(yàn)軸壓比n=0．2，加載方式為低周反復(fù)加載。試驗(yàn)結(jié)果表明:在耗能能力方面，以彎曲變形為主的節(jié)點(diǎn)試件要高于以剪切變形為主的節(jié)點(diǎn)試件。這說明按照“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，弱構(gòu)件”的原則設(shè)計(jì)的框架節(jié)點(diǎn)具有較好的變形和耗能能力，抗震能力較強(qiáng)。試驗(yàn)研究表明連接部位型鋼腹板采用高強(qiáng)螺栓連接、鋼筋采用套管連接的構(gòu)造方式是安全可靠的，可在實(shí)際工程中應(yīng)用。

羅青兒等［4］設(shè)計(jì)了一個(gè)裝配整體式鋼筋混凝土框架柱節(jié)點(diǎn)與現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架柱節(jié)點(diǎn)的對(duì)比試驗(yàn)，框架柱節(jié)點(diǎn)選擇中柱節(jié)點(diǎn)，驗(yàn)證梁柱接頭采用齒槽式接頭，接頭區(qū)的鋼筋采用滾軋直螺紋鋼筋連接，且節(jié)點(diǎn)處的樓板后澆的梁柱節(jié)點(diǎn)連接方式與現(xiàn)澆式梁柱節(jié)點(diǎn)連接方式的差別。試驗(yàn)結(jié)果表明:在受力性能方面，裝配整體式框架梁柱節(jié)點(diǎn)與現(xiàn)澆框架節(jié)點(diǎn)基本相似;在破壞形式方面，兩種連接方式節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土均沒有出現(xiàn)裂縫;兩個(gè)試件的正彎矩和負(fù)彎矩試驗(yàn)值均高于計(jì)算值，框架的受剪承載力得到保證，說明采用齒槽連接方式是可靠的，且梁的主筋采用滾軋直螺紋的鋼筋連接簡(jiǎn)便可行。

楊曉波［5］設(shè)計(jì)了三榀預(yù)壓裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土試件，梁柱節(jié)點(diǎn)通過預(yù)應(yīng)力鋼筋連接，施工時(shí)在梁柱內(nèi)預(yù)留直線型孔道，將預(yù)應(yīng)力鋼筋穿過孔道，梁柱節(jié)點(diǎn)處拼裝縫用環(huán)氧樹脂水泥漿密封，之后張拉預(yù)應(yīng)力筋，張拉完畢實(shí)施孔道壓力灌漿。試件加載方式為低周反復(fù)加載，試驗(yàn)結(jié)果表明:在水平地震力作用下，預(yù)壓裝配式混凝土框架節(jié)點(diǎn)抗裂能力強(qiáng)，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)出現(xiàn)細(xì)小裂縫，處于彈性工作狀態(tài)。梁柱連接節(jié)點(diǎn)滿足“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)要求。

1．2 梁與梁節(jié)點(diǎn)連接技術(shù)及理論研究

薛偉辰等［6］對(duì)4種典型的節(jié)點(diǎn)形式即中節(jié)點(diǎn)、邊節(jié)點(diǎn)、平節(jié)點(diǎn)、角節(jié)點(diǎn)進(jìn)行研究，以實(shí)際工程為背景，設(shè)計(jì)了4個(gè)現(xiàn)澆柱疊合梁框架節(jié)點(diǎn)試件，對(duì)節(jié)點(diǎn)試件的破壞形態(tài)、抗震性能進(jìn)行了研究。試驗(yàn)采用低周反復(fù)加載，試驗(yàn)結(jié)果表明:4個(gè)現(xiàn)澆柱疊合梁框架節(jié)點(diǎn)均滿足“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的要求，破壞形態(tài)均為梁端受彎破壞，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)僅有少量細(xì)小裂縫，表明現(xiàn)澆柱疊合梁框架節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)滿足安全性要求。

許勇等［7］設(shè)計(jì)了4組8個(gè)裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)主次梁節(jié)點(diǎn)對(duì)比試件，試件采用一種改進(jìn)后的裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)疊合主次梁節(jié)點(diǎn)，如圖2所示。該節(jié)點(diǎn)預(yù)制主梁采用倒T形截面，預(yù)制次梁為矩形截面。試驗(yàn)加載方式為單調(diào)靜力加載，試驗(yàn)結(jié)果表明:裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)主次梁疊合試件與現(xiàn)澆試件的受力過程和破壞形式基本一致，破壞形式為次梁控制截面受彎破壞，滿足“強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)強(qiáng)構(gòu)件”的設(shè)計(jì)要求。

圖2 裝配整體式結(jié)構(gòu)疊合主次梁節(jié)點(diǎn)

1．3 柱與柱節(jié)點(diǎn)連接技術(shù)及理論研究

柱子作為框架及框架剪力墻結(jié)構(gòu)的主要抗側(cè)力構(gòu)件，其連接性能對(duì)整體結(jié)構(gòu)的抗震性能和整體性能具有決定性的意義。柱子的連接形式有干式連接和濕式連接兩種形式。

應(yīng)一輝［8］設(shè)計(jì)2個(gè)足尺普通高強(qiáng)螺旋箍筋長柱、2個(gè)足尺高強(qiáng)螺旋箍筋漿錨插筋連接長柱和2個(gè)高強(qiáng)螺旋箍筋漿錨插筋連接短柱，試件采用高強(qiáng)螺旋箍筋約束混凝土柱，從而提高柱的抗震性能，同時(shí)，采用外包鋼板箍對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行二次加固，增加對(duì)漿錨插筋與縱筋的約束作用，增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的整體性能，提高漿錨插筋連接柱的抗震性能，并進(jìn)行低周反復(fù)荷載試驗(yàn)。結(jié)果表明:裝配整體式漿錨插筋連接柱采用高強(qiáng)螺旋箍筋的方法進(jìn)行連接簡(jiǎn)單易行，抗震性能好，可以在實(shí)際工程中應(yīng)用。

汪梅等［9］設(shè)計(jì)了5個(gè)足尺的框架柱試件，通過對(duì)比普通整澆柱與平口連接柱和齒連接柱的承載能力和抗震性能，研究新型全裝配式干式連接框架柱的節(jié)點(diǎn)連接性能。文中采用的干式連接方法是先將預(yù)埋鋼板焊在上下柱的縱向受力鋼筋上，然后用活動(dòng)蓋板將上下柱的預(yù)埋鋼板焊接在一起，即將上下兩段柱連接成為一個(gè)整體柱。加載方式為低周反復(fù)循環(huán)加載，試驗(yàn)結(jié)果表明:全裝配式框架柱的抗震性能比整澆柱略有降低，但此連接方式安全可靠且二齒連接柱的受力性能更好。

羅青兒等［10］對(duì)以往的榫式連接接頭進(jìn)行了改進(jìn)，如圖3所示，把鋼筋混凝土榫頭改用鋼管混凝土榫頭，柱縱筋的焊接或冷擠壓套筒連接改用滾軋直螺紋套筒連接。并對(duì)比了裝配整體式框架柱與整澆柱的抗震性能。得出結(jié)論:這種改進(jìn)的榫式柱接頭連接方式是安全可靠的，且施工方便，可逐步在實(shí)際工程中推廣應(yīng)用。

圖3 榫式柱連接

2 展望

為了適應(yīng)我國城鎮(zhèn)化形式的快速發(fā)展和對(duì)環(huán)境保護(hù)的需求，政府出臺(tái)了一系列政策推動(dòng)我國住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，隨著城市住宅的建設(shè)規(guī)模迅速擴(kuò)大，保障房和商品房的大規(guī)模建設(shè)，住宅產(chǎn)業(yè)化將成為必由之路。而隨著預(yù)制裝配整體式框架結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)性能的研究，其應(yīng)用范圍將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，應(yīng)用于小高層甚至高層建筑，因此，在未來住宅產(chǎn)業(yè)化道路上必將得到足夠的重視。

［1］ 陸湘橋．日本工業(yè)化住宅一瞥［J］．建筑施工，2001(4):207-209．

［2］ 匡 珍．裝配式隔震節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)與研究［D］．廣州:廣州大學(xué)土木工程學(xué)院，2013．

［3］ 李忠獻(xiàn)，張雪松，丁 陽．裝配整體式型鋼混凝土框架節(jié)點(diǎn)抗震性能研究［J］．建筑工程學(xué)報(bào)，2005，4(8):32-38．

［4］ 羅青兒，王 蘊(yùn)，翁煜輝，等．裝配整體式鋼筋混凝土框架梁柱節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)研究［J］．工業(yè)建筑，2008(2):80-83．

［5］ 楊曉波．預(yù)壓裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土框架節(jié)點(diǎn)的抗震性能研究［D］．合肥:合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，2010．

［6］ 薛偉辰，楊新磊，王 蘊(yùn)，等．現(xiàn)澆柱疊合梁框架節(jié)點(diǎn)抗震性能試驗(yàn)研究［J］．建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2008，6(12):9-17．

［7］ 許 勇，劉 波，張季超，等．新型裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)主次梁節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)研究［J］．工業(yè)建筑，2009(8):114-117．

［8］ 應(yīng)一輝．裝配整體式漿錨插筋連接混凝土柱抗震性能試驗(yàn)研究［D］．西安:西安建筑科技大學(xué)，2012．

［9］ 汪 梅，梁書亭，李刻銘．新型全裝配式干式連接框架柱的試驗(yàn)研究［J］．建筑技術(shù)，2010，1(1):52-55．

［10］ 羅青兒，張仟朋，程文瀼．裝配整體式鋼筋混凝土框架柱榫式接頭的試驗(yàn)研究［J］．工業(yè)建筑，2008(10):48-53．